直腸癌術前容積旋轉調強放療和五野靜態調強放療的劑量學比較

汪　琳，張紅雁，錢立庭，吳愛東，方　為，閆　冰

直腸癌術前容積旋轉調強放療和五野靜態調強放療的劑量學比較

汪琳，張紅雁，錢立庭，吳愛東，方為，閆冰

目的 比較直腸癌術前患者應用五野靜態調強放療（5F-IMRT）和容積弧形調強放療（VMAT）兩種計劃的劑量學差別。方法 分別將16例術前行同期放化療的直腸癌患者進行5F-IMRT和VMAT兩種計劃設計，應用劑量體積直方圖比較分析靶區和危及器官的劑量學差異及治療參數。結果 兩種治療計劃均能滿足臨床劑量要求。5F-IMRT計劃的適形指數（CI）為0.88±0.04，VMAT計劃的CI為0.90 ±0.03，兩種計劃均能很好滿足95%等劑量曲線對100% PTV體積的完全覆蓋；VMAT和IMRT計劃的均勻性指數（HI）分別為1.06±0.01和1.05±0.01，差異無統計學意義（t=1.37，P＞0.05）。5F-IMRT和VMAT計劃中重要的危及器官如小腸、膀胱和股骨頭等的關鍵劑量評價指標（Dmean、Dmax）及受照射體積的關鍵評價指標（V20、V30、V40和V50）在兩種放療計劃中差異無統計學意義（P＞0.05）。VMAT計劃組較5F-IMRT計劃組機器跳數（MU）平均值減少39%（P=0.000）。結論 直腸癌術前放療中采用VMAT技術可獲得等同于5F-IMRT計劃的劑量分布，危及器官均能得到較好的保護，VMAT計劃MU明顯降低，治療時間明顯縮短。

直腸癌；容積弧形調強放射治療；靜態調強放射治療；劑量學

網絡出版時間：2016-4-19 11：04：48 網絡出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20160419.1104.056.html

放療在直腸癌綜合治療中有重要的價值。直腸癌輔助放療模式經歷了從術后到術前的改變。目前，術前同步放化療聯合全直腸系膜切除術是可切除的局部進展期［T3-4或N（+）期］直腸癌的標準治療模式，其不但可降低腫瘤分期、提高局控率與R0切除率及獲得約20%pCR率，且可潛在改善總生存率［1-2］。近年來，直腸癌術前放療的主要技術為調強放療（intensity modulated radiotherapy，IMRT），其較其他放療模式具有劑量學優勢，并且能減少腹瀉等不良反應的發生［3-5］。該研究通過比較VMAT和5F-IMRT兩種計劃的劑量學特點及各治療參數的差異，為直腸癌術前放療的患者提供臨床參考。

1　材料與方法

1.1病例資料 選取2012年～2015年在我科行術前同期放化療的16例直腸癌患者，CT機模擬定位掃描后，分別對CT圖像進行5F-IMRT和VMAT放療計劃設計。16例患者均經直腸鏡檢查取病理證實為直腸腺癌，其中男12例，女4例；年齡32～70歲，中位年齡53歲。患者放療前均簽定知情同意書。

1.2CT定位 采用西門子16排螺旋CT下行增強掃描，所有患者在定位前1 h排空膀胱，隨即口服20%泛影葡胺10 ml+600 m l生理鹽水，充盈小腸及膀胱，定位時采用仰臥位，掃描范圍為L2下緣至坐骨結節下5 cm，掃描層厚為5 mm，按2.5 mm重建，之后將圖像傳輸到計劃室的ADAC Pinnacle 9.6三維治療計劃系統（treatment planning system，TPS）勾畫靶區及危及器官。

1.3靶區及危及器官勾畫 臨床靶區（clinical target volume，CTV）包括瘤床及其周圍2～5 cm區域和直腸系膜區域、骶前、閉孔、髂內、部分髂外、部分髂總淋巴結，CTV上界為L5椎體下緣至S1椎體下緣水平，下界為直腸病灶下緣下3 cm。計劃靶區（planning target volume，PTV）為CTV前后左右方向各外擴0.7 cm，上下方向外擴1 cm。危及器官包括小腸（勾畫至PTV上3 cm）、膀胱、雙側股骨頭。

1.4劑量學要求 所有患者在治療計劃系統pinnacle 9.6版本中根據相同的靶區分別設計5F-IMRT和VMAT兩種放療計劃，采用6MV-X射線照射。IMRT為五野共面射野，入射角度分別為：0°、72°、144°、216°和288°；VMAT采用2個全弧照射；靶區處方劑量為50 Gy（2.0 Gy/次）包繞95%的PTV體積。正常組織限量中雙側股骨頭V50≤5%，膀胱V50≤50%，小腸V50≤10%、Dmax≤52 Gy。

1.5評價指標 通過劑量體積直方圖（dose-volume histogram，DVH）和劑量分布評估計劃。評估參數包括計劃靶區接受處方劑量95%、105%體積百分比（95%PTV、105%PTV）、靶區平均劑量Dmean和最大劑量Dmax；靶區的均勻性指數（homogeneity index，HI）：

即為5%最高劑量區的PTV接受的最小劑量與95%最高劑量區的PTV接受的最小劑量之比。HI值越低，即值越接近1，表示靶區劑量均勻性越好，反之，HI值越大表明靶區劑量均勻性越差。

適形度指數（conformny index，CI）

其中CF（Cover Factory）是指PTV接受處方劑量的體積與PTV體積之比，SF（Spill Factor）定義為接受處方劑量的PTV體積與接受處方劑量的全身體積之比。CI值為0～1，CI值越大，表示適形度越好，等于1時最理想，等于0時最差。危及器官的評估參數包括膀胱、小腸、左、右股骨頭的V20、V30、V40和V50，及Dmean和Dmax。計時參數包括MU及照射時間。

1.6統計學處理 使用SPSS 19.0統計軟件進行分析，數據以ˉx±s形式表示，對兩種放療計劃的參數比較行配對t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2　結果

2.1劑量分布 所有計劃通過5F-IMRT和VMAT這兩種照射技術均能達到臨床要求，都能夠很好滿足95%等劑量曲線對100%PTV體積的完全覆蓋。兩種計劃的適形度指數CI比較，差異無統計學意義（P=0.490），二者HI差異無統計學意義（P= 0.22）。見表1。同一患者兩種治療計劃靶區的劑量體積直方圖（圖1A）兩者差異無統計學意義。

2.2危及器官受量 5F-IMRT和VMAT計劃都較好地保護了危及器官，達到了臨床要求。VMAT計劃股骨頭的V30、V40明顯增加，膀胱高劑量區有所減少，但在差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2、圖1B。

圖1　同一患者兩種治療計劃靶區及危及器官的劑量體積直方圖A：靶區；B：危及器官

表1　兩種計劃間　PTV的劑量分布

表1　兩種計劃間　PTV的劑量分布

VMAT　5F-IMRT　t值　P值95%PTV（%）99.81±0.25　99.84±0.36　-0.358　0.733 105%PTV（%）　11.37±9.95　5.37±3.23　1.447　0.198 Dmean（Gy）　51.65±0.32　51.47±0.24　1.985　0.094 Dmax（Gy）　53.84±0.6　53.99±0.54　-0.976　0.367 HI　1.06±0.01　1.05±0.01　1.370　0.220 CI　0.90±0.03　0.88±0.04　0.745　0.490

表2　兩種計劃間危及器官的劑量分布

表2　兩種計劃間危及器官的劑量分布

項目　VMAT　5F-IMRT　t值　P值小腸Dmean（Gy）　23.22±0.72　24.06±0.71　-0.915　0.402 Dmax（Gy）　52.60±0.69　52.11±31.92　1.518　0.180 V10（%）　73.28±14.80　72.66±16.25　0.562　0.594 V20（%）　62.81±14.43　63.52±16.33　-0.675　0.525 V30（%）　47.17±13.96　47.24±13.41　-0.146　0.889 V40（%）　27.47±13.33　28.34±11.74　-0.774　0.468 V50（%）　2.62±1.19　2.61±1.09　0.014　0.989膀胱Dmean（Gy）　44.69±1.77　45.33±0.92　-1.480　0.189 Dmax（Gy）　53.02±0.75　52.87±0.79　0.490　0.641 V30（%）　100.00±0.00　99.73±0.33　1.987　0.104 V40（%）　75.24±12.92　80.48±4.86　-1.154　0.292 V50（%）　23.67±6.99　24.63±8.77　-0.390　0.710左股骨頭Dmean（Gy）　29.66±42.13　29.09±26.91　0.535　0.612 Dmax（Gy）　48.83±23.65　48.31±26.28　0.773　0.469 V20（%）　92.46±11.87　92.36±9.30　0.024　0.982 V30（%）　41.65±26.04　35.13±18.09　0.973　0.368 V40（%）　12.22±9.95　9.54±8.86　0.784　0.463 V50（%）　0.18±0.30　0.29±0.72　-0.492　0.640右股骨頭Dmean（Gy）　26.95±63.43　28.28±31.21　-0.749　0.482 Dmax（Gy）　46.40±59.87　47.30±52.48　-0.576　0.585 V20（%）　82.86±18.08　92.49±5.40　-1.643　0.152 V30（%）　33.77±30.81　29.03±19.07　0.656　0.536 V40（%）　9.68±10.19　8.62±8.38　0.355　0.734 V50（%）0.10±0.23　0.20±0.50　-0.502　0.633

2.3MU評估 機器跳數VMAT計劃平均值為298 MU，5F-IMRT計劃平均值為470 MU，VMAT較5F-IMRT平均數量減少約39%（t=-8.796，P= 0.000）。

3　討論

VMAT是目前國際最先進的放射治療技術之一，是在加速器機架非勻速旋轉的過程中，劑量率動態變化，多葉光柵不斷運動的一種動態調強技術，可理解為動態調強+機架旋轉。VMAT在頭頸部腫瘤和盆腔腫瘤等放療中的應用已有大量研究。唐正中等［6］研究顯示鼻咽癌患者靜態IMRT與VMAT兩種計劃的靶區劑量分布均較滿意，且VMAT計劃的靶區適形性較靜態IMRT計劃更理想，而VMAT最大的優勢是加速器總MU及總治療時間的減少，從而提高工作效率。楊波等［7］研究顯示宮頸癌術后患者采用VMAT技術可獲得與固定野調強放療計劃等同的甚至是更優化的劑量分布，同時機器跳數明顯降低。前列腺癌中VMAT和IMRT兩種技術在小腸、直腸、股骨頭的多個劑量參數各有優缺點，兩種技術劑量分布相當［8］。目前國內直腸癌術前放療的類似研究報道不多。研究［9］顯示直腸癌術前同期加量放療中VMAT技術與IMRT計劃的靶區劑量分布相當，且前者能更好保護危及器官特別是小腸，同時治療時間明顯縮短，但其療效還有待進一步臨床評估。

本研究對比了雙弧VMAT計劃和5F-IMRT計劃，結果顯示兩種計劃均能較好地滿足臨床所要求的靶區處方劑量，靶區的均勻性及適形性均相當。小腸、膀胱和股骨頭等在兩種調強放療計劃中的關鍵劑量評價指標（Dmean、Dmax）差異無統計學意義。因VMAT采用拉弧照射區別于靜態IMRT，因此低劑量區對于低劑量部分，兩種方法照射，VMAT應比IMRT要高，VMAT計劃左、右股骨頭的V30、V40明顯增加，膀胱高劑量區有所減少，但差異無統計學意義。文獻報道，與常規IMRT相比，VMAT最大優勢是可大大提高治療效率。本研究16例患者。VMAT平均治療時間約為3～5 min，5F-IMRT平均治療時間約為9～10 min。VMAT的平均MU值為289，5F-IMRT的平均MU值為470，下降約39%。治療時間的減少不僅可提高科室加速器的使用效率，而且能減輕患者不舒適感，減少患者分次內位移，提高治療劑量分布精確度和治療效果。MU較多，治療時間長，有可能增加二次致癌的概率［10］，而IMRT因存在照射時間長的缺點，可影響靶區的生物效應［11］，從而可能對療效產生影響。本研究直腸癌計劃采用pinnacle計劃系統，VMAT一次優化時間約為1 h，明顯長于IMRT優化時間。機器故障率方面，所有治療患者采用ELEKTA synergy加速器，VMAT和IMRT并未發現明顯區別。

綜上所述，5F-IMRT與VMAT這兩種調強放療技術在直腸癌術前放療的劑量學無明顯優劣之分，危及器官方面如小腸、膀胱和股骨頭等均得到很好的保護。采用VMAT技術MU明顯減低，治療效率明顯提高，但其療效有待進一步臨床評估。

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Dosimetric comparison between preoperative volumetric modulated arc therapy and five-field intensity modulated radiotherapy for rectal cancer

Wang Lin，Zhang Hongyan，Qian Liting，et al
（Dept of Radiation Oncology，Affiliated Provincial Hospital of AnhuiMedical University，Hefei 230001）

Objective To compare the dosimetric characteristics of volumetricmodulated arc therapy（VMAT）and five-field intensitymodulated radiotherapy（5F-IMRT）in preoperative radiotherapy for rectal cancer.Methods Sixteen patientswith rectal cancer who underwent preoperative chemo-radiotherapy were enrolled in this study.VMAT and 5F-IMRT planswere designed for each patient.The dose distribution in target volumes and organs at risk was evaluated according to the dose-volume histogram.Results Both plans couldmeet target dose specifications and normal tissue constraint.The CIwas similar between the 5F-IMRT（0.88±0.04）and VMAT plans（0.90±0.03），which could satisfy 95%of prescribed dose for covered PTV.The HIof the VMAT plan was1.06±0.01 compared to 1.05±0.01 of IMRT plans，without statistically significant differences（t=1.37，P＞0.05）.Therewas no significant difference for the key parameters（Dmean，Dmax）of risk organs such as intestine，bladder and femoral head in the two plans（P＞0.05）.There was no significant difference for the key parameters of irradiated volume such as V20，V30，V40 and V50 of risk organs between the 5F-IMRT and VMAT plans（P＞0.05）.The VMAT group also had significantly lower number ofmonitor units（MU）when compared with the 5F-IMRT plan group（P=0.000）. Conclusion The dose distribution of VMAT and 5F-IMRT is similar in preoperative radiotherapy for rectal cancer，and risk organs could be well protected.VMAT offers shorter treatment deliver time than IMRT，reduces treatment MU.

rectum cancer；volumetric modulated arc therapy；intensitymodulated radiotherapy；dosimetry

R 735.3+7；R 730.55

A

1000-1492（2016）05-0731-04

2016-03-08接收

安徽高校省級自然科學研究項目（編號：KJ2010B380）

安徽醫科大學附屬省立醫院腫瘤放療科，合肥 230001

汪 琳，女，主治醫師；

錢立庭，男，教授，主任醫師，碩士生導師，責任作者，E-mail：money2004@sina.com